[发明专利]转炉用铬矿熔融还原直接冶炼不锈钢方法

说明书

本发明涉及由铬矿或/和NiO利用复吹转炉直接冶炼不锈钢的方法。

历来的铬或铬镍不锈钢是以由铬矿石冶炼的铬铁或/和镍为原料再次冶炼而成的。与此不同的是，最近从节能、降低冶炼成本出发，由铬矿石或/和镍的氧化物原料直接得到铬或/和镍铁水的熔融还原法获得了成功。该方法通过将铬矿石或/和镍的氧化物及碳质材料和氧气送入铁浴反应器中，将Cr或/和Ni的氧化物直接还原，制得饱和含碳、铬或/和镍成分接近不锈钢要求的Fe-Cr或/和Ni液即母液，然后再冶炼不锈钢。

目前，铬矿石的熔融还原已提出过几种方式，先期的代表是昭61-279608号专利的顶吹氧、底吹和侧吹氧的铁浴法，由于其将氧气介入还原区，使得该法反应速度慢，生产率低；其后的顶底复吹铁浴法，将二次燃烧区置于渣层上部，热量通过气相和渣层传给金属熔池，提高二次燃烧率会使废气温度升得过高而带走大量的热，因而没有很好解决二次燃烧率和热效率的匹配问题，使得生产率仍处于低水平；专利申请公开CN89103396.3注意到以上方法的缺点，采用了顶吹、底吹、侧吹的方法，对铬矿石进行熔融还原，该技术采用备有底吹风口、侧吹风口及顶吹氧枪的熔融还原炉，从炉口直接加入铬矿石、碳质材料，利用碳质材料的碳还原铬矿石等铬原料，得到高铬铁水后，在同一炉上将高铬铁水进行脱碳吹炼。

在熔融还原时，进行下述气体的吹入：

(1)从底吹风口吹入CO或/和惰性气体

(2)从侧吹风口吹入CO或/和惰性气体，至少使一部分气流冲击由底吹气体引起的金属隆起部分。

(3)从顶枪向金属熔液中吹入脱碳用O₂，同时向炉渣中吹入二次燃烧用O₂。

其特点在于，利用侧吹气体冲击由底吹气体引起的金属隆起部分，使金属液滴飞溅进入渣层，接触还原铬矿石中的铬氧化物，顶枪一方面向金属液供入脱碳O₂，加热搅拌金属熔液，另一方面向渣中吹入二次燃烧用O₂，保持二次燃烧率在0.3以上，还原处理结束后排渣，接着从顶枪向高Cr铁水吹入用惰性气体稀释的脱碳用O₂，同时从底吹风口吹入惰性气体强烈搅拌铁水，进行脱碳吹炼，最终得到合格的钢水，CN89103396.3方法明显存在下述不足：

(1)熔化还原时，从顶枪直接吹入金属熔池中的脱碳用氧，导致金属液中铬、碳的重氧化，降低了熔融还原速率。

(2)从位置固定的侧吹风口吹入惰性气体冲击金属液隆起部位，虽然能在熔渣一金属液面到达某一高度时发挥一定作用，却不能全程最佳匹配，且侧吹风口本身对炉体必然产生消极影响，减少炉体寿命。

本发明目的就是提供一种具有较高熔融还原速率和良好脱碳效果，且设备更趋合理的熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，这种方法对防止C、Cr的重氧化，提高还原速率和炉体寿命获得了满意的效果。

冶金原理表明：熔渣区域是熔融还原的最主要区域。实际上，熔融还原生产强度决定于四大还原反应要素：氧化物——炭——还原气——金属间的相界面积。不难想象，由于重力作用，此界面积存在的最大的部位不是炉气区和金属液相区，而是两者之间的渣相区。对测得的数据进行简单的计算即可证明，渣相区内的相界面比其它区高两个数量级以上，在热能供应得到保障的前提下，这个倍率左右着生产率。当矿石、C料进入炉内渣浴后，虽然会出现物料在高温熔渣区内的碎裂、熔化和直接反应而变小的情况，但很快平衡为：上层主要有O₂、CO、CmHn、N₂等较大气泡和大粒C料，下层主要有CO、N₂等较小气泡、矿料、C饱和金属液滴和小粒C料的分布状况。可见，上层具备了C料氧化发热的条件，下层则具备了小颗粒矿料被C饱和金属液、C料、CO气泡还原的条件。在渣内矿料被还原的方式可分为两类：

1、溶解于渣中的氧化物被含C液滴、C料、CO气泡还原；

2、未溶氧化物被含C液滴、C料、CO气泡还原。

第1类反应的速度显然受溶解速度的支配，它受温度和渣成分的制约，而温度和渣成分是不能大范围选择的，故这类反应的还原速度不能大范围变化，约在0.1～0.2〔％Cr〕/min左右，因而要继续提高反应速度必须发展第2类反应。